PICl6LF874單片機在電容測量模塊中的應用

3 系統硬件連接
本測量電路需要控制器件來(lái)控制數據的讀取和寫(xiě)入，選用結構簡(jiǎn)單，功能強大，并且兼容SPI串行接口的PICl6LF874單片機。由于PS02l的外圍接口是SPI，因此單片機能很好的控制PS02l工作，同時(shí)測量數據可以通過(guò)USART串行接口送入到上位機中。單片機的連接如圖2所示，PS02l的連接圖如圖3所示。

4 系統軟件功能的實(shí)現
基于PS021設計的應用軟件包括檢測、控制、數據處理、數據庫管理和系統界面等程序。在程序運行速度和存儲容量許可的條件下，盡量用軟件實(shí)現傳統儀器系統的硬件功能，簡(jiǎn)化硬件配置。此外，界面是測試系統和虛擬儀器的“窗口”，是系統顯示功能信息的主要途徑。軟件設計不僅要實(shí)現功能，而且要界面美觀(guān)。在確定測試系統的硬件平臺后，關(guān)鍵是選擇合適的軟件開(kāi)發(fā)工具編寫(xiě)相應的應用軟件。以圖形化編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)該測試模塊。該開(kāi)發(fā)環(huán)境能提供一個(gè)集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境，與儀器硬件連接方便，具有良好的用戶(hù)界面。根據上位機應用程序設計的原理，得到測試系統的軟件，通過(guò)在軟件的主界面設置一些參數，硬件電路和上位機相連，就能顯示測量結果。測量結果在數據顯示界面顯示，如圖4所示。

5 試驗與結果
運用上述軟件測量。在測量之前，必須對測量系統進(jìn)行標定，標定時(shí)PS02l要求參考電容Cref與被測電容Cmeas在同一電容值范圍，即確保Cmeas／Cref比率不會(huì )超過(guò)25％(PS02l的極限值)。參考電容是一個(gè)非常重要的部分，對于測量的質(zhì)量以及測量的溫度穩定性有直接的影響。推薦的電容材料：CFCAP(太陽(yáng)誘電Taiyo Yuden公司的多層陶瓷電容)系列，COG或者NPO陶瓷電容。放電電阻Rdis與放電時(shí)間密切相關(guān)，放電時(shí)間τ=0．7R(C+20 pF)，時(shí)間常數τ范圍為2～10μs(推薦5μs)。根據公式計算之放電電阻阻值。
試驗中，分別選取1、2、3、5.1、6.8、8.2、9.1、12、13、15、16.5、18 pF的固定電容作為被測電容。根據被測電容的范圍確定參考電容的大小，然后根據被測電容和參考電容值，并結合放電時(shí)間來(lái)確定放電電阻阻值，最后選擇適當的測量模式進(jìn)行測量。在標定好的系統下，在參考端和被測端分別接一只參考電容，此時(shí)在數據顯示界面顯示的值為參考電容值以及寄生電容值的和(圖3中Sensor l顯示的數據)；然后在被測端參考電容的基礎上再并聯(lián)被測電容，此時(shí)測得的數據為被測電容值、參考電容值以及寄生電容值的總和，以上兩步所測值相減就是被測的電容值，最后得到的被測電容值統計如表l所示。

表1反映了被測電容測量值和標稱(chēng)值之間的相對誤差，同時(shí)也得知被測電容電容值越大，測量值和標稱(chēng)值相對誤差越小。由于被測電容受到環(huán)境溫度、焊錫量多少以及被測電容質(zhì)量等因素的影響，存在一定的誤差。通過(guò)多次測量進(jìn)行平均，以獲取更穩定的電容值。在標定好的系統下，對固定電容進(jìn)行測量來(lái)驗證測量模塊的精確度，測量值和標稱(chēng)值非常接近，可認為被測電容標稱(chēng)值誤差較小，進(jìn)一步得知電容測量模塊測量精度較高。

6 結束語(yǔ)
PlCl6LF874單片機能夠很好的控制電容測量模塊，對研究電容式傳感器有很好的促進(jìn)作用，該單片機簡(jiǎn)化了電路設計，使測量結果達到較高的精度；同時(shí)這種測量模塊可以減小電路板的體積，從而減小整個(gè)裝置的體積；大大簡(jiǎn)化了電路設計過(guò)程、降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)難度、對加速產(chǎn)品的研制、降低生產(chǎn)成本具有非常重要的意義。實(shí)驗結果證明，此測量模塊具有較好的實(shí)用性。